数电课程设计---555光敏变音电器.doc

数字电路课程设计555光敏变音电器专业班级：10电气普招1班学 号：201025030121设 计 人：周君指导教师：黄传金 许春香设计时间：2011 年6 月15 日数字电子技术课程设计任务书一.设计分组:四人一组,每组选一个组长.二.设计周期:二周三.设计要求(一)总的指导思想对本次课程设计,原则上指导老师只给出大致的设计要求,在设计思路上不框定和约束同学们的思维,所以同学们可以发挥自己的创造性,有所发挥,并力求设计方案凝练可行,思路独特,效果良好. (二)各题目具体要求题目：555光敏变音电器（三）任务与要求 要完成自己所设想的模型，详细的讲解设计原理，及其各元件的功能，并制作出所设计的物理模型。1、设计任务 设计制作一个能通过改变光强度来改变音调高低的声音发生器。 2、设计要求 四.设计流程:1.选题并由指导教师简要譬讲题目2.分析题意并查资料 3.初步确定设计方案并进行必要计算4.到实验室进行功能验证,进行适当修改,进行简单答辩并由指导老师给出答辩成绩.五.设计论文要求:格式要求:摘要简要介绍本设计的内容目录要求自动生成模拟电子技术课程设计正文(标题用3号字)第一章：系统概述(三号字)标题加黑,内容不需加黑,下同. 整体电路图，总体上简要描述系统的工作原理。（正文部分4号字宋体、1.5倍行距，段前段后均为0行）下同第二章：单元设计电路与分析 详细介绍设计思路、每个部分的原理分析以及各部分之间的关系。第三章：电路的安装调试 安装中遇到的问题以及解决的方法。结束语： 心得体会参考文献：参考书本上的格式。论文字数应在3000字以上.摘 要在数字控制系统中,常常需要获得上升沿和下降沿，都十分陡峭的各种不同频率、不同幅度的脉冲信号,获得这些脉冲信号的方法通常有两种:一种由脉冲振荡器产生;另一种是利用整形电路,将一个已有的脉冲波形变换为矩形脉冲.在脉冲振荡器中,常用的是多谐振荡器;在脉冲整形电路中,主要有单稳态触发器和施密特触发器. 由于555 定时器只要外接少量的阻容元件,就可以很方便地构成单稳态触发器,施密特触发器、多谐振荡器,因而在信号的产生和变换、自动控制、定时和报警、电子玩具、家用电器等方面得到了广泛应用. 本设计通过对数字电路时间判决的技术和功能的对比研究，提出了利用555集成片的工作原理制作物件。还利用发光二极管的功能，制作出光敏变音器。关键词：数字电路；触发器；光敏变音；目 录a) 摘 要4第一章：系统概述6第二章：单元电路的设计与分析82.1 555集成片的内部结构82.2 由555定时器构成的多谐振荡器的原理102.3 电容132.4 光敏电阻14第三章：电路的焊接与调试153.1 电路的焊接153.2电路的调试15第四章：结束语17附件：元件清单18第一章：系统概述根据555集成片能实现定时器，有分压器、比较器、触发器和放电器等功能，及光敏电阻和光敏电阻经过光照射后，电阻发生变化，从而使串联的电容充电时间发生变化，这时，555的门限端和触发端的电压发生变化，从而使555的输出频率发生变化，导致喇叭的声音有变化的原理，设计出光敏变音器。图.1.1光敏变音器的原理图电路组成如图1.1所示：该电路由bt(45v)，开关(s)，u(555)双极型时基集成电路。电容c1(10 f)、c2 (001 f)，电阻r1(1k)、r2(5k)。光敏二极管vd，扬声器sp组成。电路工作原理：当闭合开关接通电源s时，光敏二极管vd的内阻会随着光照强弱而发生变化，当光敏二极管vd上的光照增强时，其阻值变小，使音频振荡变低，扬声器sp变调，同理，当光敏二极管vd上的光照减弱时，其阻值变大，使音频振荡增强，扬声器sp变调。该电路也可用一只光敏电阻代替光敏二极管，同时也将5k电阻改用成56k电阻器，其变调更明显。 这样，整个电路的设计就达到了我们的目的。只有当我们了接了各引脚的作用才能实现它的功能。在本设计的中第我要清楚的其内部结构和它的外形，以及各引脚的顺序和各引脚的名称。还有引脚的接法等等.当我们弄清楚各零件要实现的功能和作用后。我们才能进行电路的设计，这样才能保证我们设计出电路的正确性和可行性。第二章：单元电路的设计与分析2.1 555集成片的内部结构图2.1.1 555集成片内部结构图在图2.1.1中很清楚的向我们展示了其工作原理，555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 rs 触发器，一个放电管 t 及功率输出级。它提供两个基准电压1/3vcc和 2/3vcc。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 rs 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 c1 的同相输入端的电压为 2/3vcc，c2 的反相输入端的电压为1/3vcc。若触发输入端 tr 的电压小于1/3vcc，则比较器 c2 的输出为 0，可使 rs 触发器置 1，使输出端 out=1。如果阈值输入端 th 的电压大于 2/3vcc，同时 tr 端的电压大于1/3vcc，则 c1 的输出为 0，c2 的输出为 1，可将 rs触发器置 0，使输出为 0 电平。其主要有三个应用：多谐振荡器 单稳态触发器 rs触发器。1脚：gnd(或vss)外接电源负端vss或接地，一般情况下接地。8脚：vcc(或vdd)外接电源vcc，双极型时基电路vcc的范围是4.516v，cmos型时基电路vcc的范围为318v。一般用5v。3脚：out（或vo）输出端。4脚：r是直接清零端。当r端接低电平，则时基电路不工作，此时不论tr、th处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：co(或vc)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01f电容接地，以防引入干扰。2脚：tr低触发端。6脚：th高触发端。7脚：d放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器c1、c2提供参考电压，比较器c1的参考电压为2/3vcc，加在同相输入端，比较器c2的参考电压为1/3vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放c1、c2组成。高电平触发信号加在c1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本rs触发器r端的输入信号；低电平触发信号加在c2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本rs触发器s端的输入信号。基本rs触发器的输出状态受比较器c1、c2的输出端控制。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器c1、c2基准电压分别为2/3vcc，1/3vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示。表1 555时基电路的功能表输 入输 出阈值输入触发输入复位输出放电管*00导通2/3vcc1/3vcc11截止2/3vcc2/3vcc10导通2/3vcc2/3vcc1不变不变2.2 由555定时器构成的多谐振荡器的原理2.2.1多谐振荡器接线图接通 vcc 后，开始时 th = tr = uc 0，uo 为高电平，放电管截止，vcc 经 r1、r2 向 c 充电，uc 上升，这时电路处于暂稳态。当 uc 上升到 th = tr = uc 2/3 vcc时，uo 跃变为低电平，同时放电管v 导通，c 经 r2 和 v 放电，uc 下降，电路进入暂稳态 。当 uc 下降到 th = tr = uc 1/3 vcc 时， uo 重新跃变为高电平，同时放电管 v 截止，c 又被充电，uc 上升，电路又返回到暂稳态。如图2.2.2所示 振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期因此改变、和电容c的值，便可改变矩形波的周期和频率。图2.2.2 555定时器时钟脉冲电路常见的555时基集成电路为塑料双列直插式封装（见图2.2.3），正面印有555字样，左下角为脚，管脚号按逆时针方向排列。图2.2.3 555时基集成电路为塑料双列直插式封装2.3 电容电容用在直流电路当中 基本都是短接在正负极之间的， 如果串联在电路中 那就相当于开路， 短接在正负及之间的电容有两个作用，一是滤波，在整流桥整流以后 容易出现交流干扰，通过电容把交流干扰给短路掉，另外一个作用是降低脉冲，整流桥整流出来的直流电 如果用示波器来看的话其实跟直流电源的电压是不同的，虽然是直流，电流是由正极流向负极，但是电压是周期性的不断起伏变化的，加电容以后，当电压处于波峰的上升沿的时候电容充电，让电压降低一些，当电压处于下降沿的时候低于电容的电压以后 电容放电， 所以在示波器的效果上看， 电容的作用是 不断的削平波峰，填充波谷，这样就使直流电的买动性变小，进过多级滤波电容以后，曲线已经基本接近纯直流电源的一条直线了。图2.3.1 原理图 在图2.3.1中c2起到滤波作用，c1起到降低脉冲作用。2.4 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。第三章：电路的焊接与调试3.1 电路的焊接这一节将介绍电路是如何安装的，首先我们要根据自己设计的电路图来看看自己需要购买的零件，在图中我们需要一个光敏电阻、555集成片、三个阻值大小不同的电阻、以及两个电容、和一个小喇叭、并且还有一块固定电路的电路板。我们要把实际要用到的各个零件配置齐全，在配置齐全后在电路板上合理的安排各元件的排布。1. 将电烙铁插入插座预热。2. 焊接时正负极性，不要装错了，然后右手握烙铁，左手拿焊锡丝，将焊锡丝紧贴在待焊的元件处，伸入电烙铁，融化焊锡丝，适量后移开电烙铁，焊锡丝凝固便会将元器件连在了一起。3. 焊接好后用万用表检查相邻脚间是否有短路现象，若有短路应马上排除。然后再用万用表检查各脚与集成片是否焊通，若不通或者虚焊，应马上补焊好。4. 在整个焊接完成后，应认真核对各个元器件的位置和参数是否正确，检查有无短路，虚焊，错焊，漏焊等现象。3.2电路的调试1.闭合开关s，听sp是否发出响声，若没有响声则证明电路出现了故障，这时就需要我们逐步检查电路检查出故障。2.若sp有声音发出则证明电路焊接成功，这时给与vd不同强度的光照，验证：光敏二极管vd的内阻会随着光照强弱而发生变化，当光敏二极管vd上的光照增强时，其阻值变小，使音频振荡变低，扬声器sp变调，同理，当光敏二极管vd上的光照减弱时，其阻值变大，使音频振荡增强，扬声器sp变调。第四章：结束语数字电子技术是电子类专业的一门专业基础课，是锻炼学生动手能力，巩固所学理论知识的重要实践性环节。通过课程设计，要求学生能够针对需要解决的实际问题进行分析和设计，利用所学的理论知识，熟练地使用门电路、触发器、计数器、译码器、振荡及整形电路等，正确地设计出电子电路，以满足实际问题的需要。通过课程设计的全过程，加深学生对所学理论知识的理解，培养学生动手能力和排除故障的能力。训练学生的数字电子电路设计能力、应用数字电路元器件及集成芯片的能力和数字电路的调测能力，提高学生的电子电路小系统应用能力。这是一门实践性很轻的课程，“眼过千遍，不如手过一遍”。不管什么时候事实总是会跟想象的有一定的差别，空想是不行的，只有自己亲手去做了，并且在做的过程中认真思考过，才会有意外的收获。对我们来说加强了工程的训练，特别是对我们技能的培养。对于我们的素质和动手能力的培养都很有帮助。课程设计为以后的毕业设计打好基础，毕业设计是系统工程的实践，而课程设计的着眼点是将我们从理论的轨道上逐渐引向实际方面。运用以设计过的电路分析和电路的设计的理论知识，逐步掌握工程设计的方法，同时课程设计报告书的书写，为今后从事技